La Terra non è stata formata contenente le sostanze chimiche necessarie per l'inizio della vita. Una teoria ben supportata, chiamata 'teoria dell'impiallacciatura tardiva', suggerisce che le sostanze chimiche volatili necessarie per la vita siano arrivate molto tempo dopo la formazione della Terra, portate qui dai meteoriti. Ma un nuovo studio sfida la teoria dell'impiallacciatura tardiva.
Le prove mostrano che la Luna è stata creata quando un pianeta delle dimensioni di Marte ha chiamato Theia si scontrò con la Terra. L'impatto ha creato un anello di detriti da cui si è formata la Luna. Ora, questo nuovo studio dice che lo stesso impatto potrebbe aver fornito le sostanze chimiche necessarie per la vita alla giovane Terra.
'Il nostro è il primo scenario in grado di spiegare i tempi e la consegna in modo coerente con tutte le prove geochimiche'.
Co-autore Rajdeep Dasgupta, Dipartimento di Scienze della Terra, dell'Ambiente e del Pianeta, Rice University.
L'impatto tra la Terra e Theia è avvenuto circa 4,4 miliardi di anni fa, molto presto nella vita della Terra. È allora che molto probabilmente la Terra ha ricevuto la maggior parte del carbonio, dell'azoto e di altre sostanze chimiche volatili necessarie per l'esistenza della vita. Il nuovo studio è della Rice University ed è pubblicato sulla rivista Science Advances.
Gli scienziati hanno studiato meteoriti primitivi della Terra primitiva e degli altri pianeti rocciosi nel Sistema Solare interno. Hanno scoperto che gli antichi meteoriti sono impoveriti di sostanze chimiche volatili necessarie per la vita. Ciò ha sollevato la domanda: da dove provengono le sostanze chimiche volatili della Terra?
'Dallo studio dei meteoriti primitivi, gli scienziati sanno da tempo che la Terra e altri pianeti rocciosi nel sistema solare interno sono impoveriti di volatili', ha detto il coautore dello studio Rajdeep Dasgupta. “Ma i tempi e il meccanismo della consegna volatile sono stati oggetto di accesi dibattiti. Il nostro è il primo scenario in grado di spiegare i tempi e la consegna in modo coerente con tutte le prove geochimiche'.
Secondo il team dietro lo studio, il pianeta impattato aveva un nucleo ricco di zolfo, mentre il mantello e la crosta contenevano sostanze volatili. Quando è entrato in collisione con la Terra, ha iniettato nella crosta terrestre le sostanze chimiche necessarie per la vita, come azoto, carbonio, idrogeno e zolfo. La collisione ha anche espulso enormi quantità di materiale nello spazio, che si è unito alla Luna.
Damanveer Grewal, autore principale dello studio, studente universitario, Rice University.
“Quello che abbiamo scoperto è che tutte le prove … sono coerenti con un impatto di formazione della luna che coinvolge un pianeta volatile delle dimensioni di Marte con un nucleo ricco di zolfo”.
Il team dietro questo studio ha eseguito esperimenti in un laboratorio che imitano le condizioni di alta pressione e alta temperatura riscontrate quando si forma il nucleo di un pianeta. Gli esperimenti hanno aiutato a testare la loro teoria secondo cui i volatili sono arrivati sulla Terra a seguito di una collisione con un pianeta con un nucleo ricco di zolfo.
Il contenuto di zolfo del nucleo del pianeta donatore è importante a causa della sconcertante serie di prove sperimentali sul carbonio, l'azoto e lo zolfo che esistono in tutte le parti della Terra diverse dal nucleo. 'Il nucleo non interagisce con il resto della Terra, ma tutto ciò che lo sovrasta, il mantello, la crosta, l'idrosfera e l'atmosfera, sono tutti collegati',
ha affermato l'autore principale dello studio e studente laureato Damanveer Grewal. 'Cicli di materiali tra di loro'.
Hanno testato l'idea con un'ipotesi nucleo terrestre contenenti diversi livelli di zolfo. Volevano sapere se un nucleo ad alto contenuto di zolfo escludeva carbonio, azoto o entrambi. Nel complesso, hanno scoperto che maggiore è il contenuto di zolfo del nucleo, meno è probabile che contenga sostanze volatili. Almeno nel caso della Terra.
Uno schema raffigurante la formazione di un pianeta delle dimensioni di Marte (a sinistra) e la sua differenziazione in un corpo con un nucleo metallico e un serbatoio di silicato sovrastante. Il nucleo ricco di zolfo espelle il carbonio, producendo silicato con un alto rapporto carbonio/azoto. La collisione che forma la luna di un tale pianeta con la Terra in crescita (a destra) può spiegare l'abbondanza della Terra di acqua e dei principali elementi essenziali per la vita come carbonio, azoto e zolfo, nonché la somiglianza geochimica tra la Terra e la luna. (Immagine per gentile concessione di Rajdeep Dasgupta)
L'azoto è rimasto in gran parte inalterato', ha detto Grewal. 'È rimasto solubile nelle leghe rispetto ai silicati e ha iniziato a essere escluso dal nucleo solo sotto la più alta concentrazione di zolfo'.
Utilizzando i risultati di questi esperimenti, hanno eseguito oltre un miliardo di simulazioni per scoprire come la Terra avrebbe potuto acquisire le sue sostanze chimiche volatili. «Quello che abbiamo scoperto è che tutte le prove... firme isotopiche , il rapporto carbonio-azoto e le quantità complessive di carbonio, azoto e zolfo nella massa di silicati della Terra - sono coerenti con un impatto di formazione della luna che coinvolge un pianeta volatile delle dimensioni di Marte con un nucleo ricco di zolfo ', ha affermato Grewal .
Le implicazioni di questo studio non riguardano solo la Terra. Ci dicono anche qualcosa su come potrebbe essere la vita su altri pianeti rocciosi in altri sistemi solari.
'Questo studio suggerisce che un pianeta roccioso, simile alla Terra, ha maggiori possibilità di acquisire elementi essenziali per la vita se si forma e cresce da impatti giganti con pianeti che hanno campionato diversi elementi costitutivi, forse da diverse parti di un disco protoplanetario', ha detto Dasgupta. .
'Questo rimuove alcune condizioni al contorno', ha detto Dasgupta. 'Mostra che i volatili essenziali per la vita possono arrivare agli strati superficiali di un pianeta, anche se sono stati prodotti su corpi planetari che hanno subito la formazione del nucleo in condizioni molto diverse'.
Dasgupta ha affermato che non sembra che il silicato sfuso della Terra, da solo, avrebbe potuto raggiungere i bilanci volatili essenziali per la vita che hanno prodotto la nostra biosfera, atmosfera e idrosfera. 'Ciò significa che possiamo ampliare la nostra ricerca di percorsi che conducano a elementi volatili che si uniscono su un pianeta per supportare la vita come la conosciamo'.
Il lavoro del team fa parte del Pianeti INTELLIGENTI (Cycles of Life-Essential Volatile Elements on Rocky) Programma Pianeti.
Fonti:
- Comunicato stampa: La collisione planetaria che ha formato la luna ha reso possibile la vita sulla Terra
- Documento di ricerca: Consegna di carbonio, azoto e zolfo alla Terra di silicati da un impatto gigante
- Universo oggi: Una collisione catastrofica formò la luna, ma uccise Theia
- Pianeti INTELLIGENTI